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SpaceX plant Historisches

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SpaceX plant beim Nächsten Start ihrer Falcon 9 Rakete, zum Start von SES-10, den Einsatz einer wiederverwendeten Erststufe ihrer Falcon 9 Rakete. Dies ist der nächste große Schritt, in dem Versuch die Falcon 9 Rakete wiederverwendbar zu machen, und könnte die Raumfahrt für immer Verändern.

Bis jetzt ist es üblich, dass Raketenstufen nach ihrem Einsatz im Meer versinken. SpaceX will das jetzt ändern und Stufen von Trägerraketen mehrfach verwenden, um Kosten zu sparen. Da die Erststufe 70 Prozent der Kosten, der Falcon 9 Rakete ausmacht, ist hier die mögliche Reduktion der Kosten am größten. SpaceX beabsichtigt, die Kosten radikal zu senken, um eine bemannte Mars Mission zu ermöglichen. Hierbei hängt ein großer Teil der Kosten von dem Start der benötigten Ausrüstung in den Weltraum ab. Zunächst sollen aber Satelliten, Unbemannte und Bemannte Raumschiffe günstiger gestartet werden können.

Die Vorbereitungen der Wiederverwendung begann schon bei dem Starts der Falcon 1, wo SpaceX versuchte, die erste Stufe am Fallschirm im Ozean zu bergen. Dies war jedoch nicht besonders erfolgreich, da die Stufe durch das Salzwasser zu stark angegriffen wurde.
Später dann wollte SpaceX die Stufe kontrolliert wieder landen lassen. Dafür stellte man im Jahr 2011 dass Grasshopper Programm vor. Zwischen 2012 und 2013 wurden acht Testflüge mit dem 32 Meter hohen Grasshopper v.1 durchgeführt. Dabei flog die Grasshopper Rakete bis zu 1000 Meter hoch um dann wieder sanft zu landen.

Grasshopper flog am 14. Junie 2013 325 Meter hoch Quelle: SpaceX

Danach wurde ein zweites Modell gebaut. Der Grasshopper v.2 war 49 Meter hoch, und hatte wie die verlängerte Falcon 9 v1.1 neun Triebwerke. Damit wurden fünf Flüge durchgeführt. Beim letzten Flug zerstörte sie sich selbst, weil sie vom geplanten Kurs abgekommen war.

Daraufhin wollte SpaceX erst noch einen dritten Grasshopper bauen, stellte das Projekt später jedoch wieder ein, da gleichzeitig Raketenstufen die von normalen Missionen zurückamen weich auf dem Meer landeten. Daher entschied man sich das Grasshopper Programm einzustellen.

Im nächsten Schritt landete SpaceX dann auf der Hochseeplatform und an Land ihre Raketenstufen. Nach einigen Fehlversuchen klappte es das erste Mal am 22. Dezember 2015 beim Start von Orbcomm Satelliten an Land.

Landung der Erststufe beim Start von CRS-8 Quelle: SpaceX

Auf See klappte es dann beim Start der Dragon Kapsel CRS-8 erstmals. Diese Erststufe soll jetzt beim Start von SES-10 wiederverwendet werden. Der Start von SES-10 ist derzeit für den 28.03.2017 geplant.

Falcon 9 mit Echostar 23 für Start bereit

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Die Falcon 9 Rakete, die den Satelliten Echostar 23 starten soll, ist jetzt für den Start bereit. Der Start, soll am 16. März 2017 um 6:27 Uhr MEZ vom LC 39-A am Kennedy Space Center in Cape Caneveral erfolgen. Bereits am Donnerstag wurde der Hotfire Test erfolgreich durchgeführt.

Der Satellit Echostar 23 Quelle: Space Systems/Loral

Der Satellit Echostar 23, ist ein kommerzieller Kommunikations Satellit. Gebaut wurde er von Space Systems Loral. Betrieben wird er durch die Echo Star Corporation in den USA. Vorrangig richtet sich der Service auf dem Markt in Süd Amerika und dort vor allem auf Brasilien, wo er Fernsehprogramme ausstrahlen soll. Dafür ist er unter anderen mit 32 Ku Band Transponder ausgerüstet. Seine Solar Paneele stellen 15 kW elektrische Leistung bereit. Stationiert werden soll Echostar 23 bei 44,9 Grad West im Geostationären Orbit. Zum halten seiner Position, besitzt er vier Plasma Triebwerke, mit jeweils 83 Millinewton Schub. Seine Dienste soll er mindestens 15 Jahre bereitstellen.

Der Satellit besitzt ein Startgewicht von 5,5 t. Damit ist er die bisher schwerste Nutzlast einer Falcon 9 in den Geostationären Orbit . Wegen diesem hohen Gewicht, ist auch keine Landung, wie bei früheren Missionen möglich. In Zukunft, wenn SpaceX die Falcon 9 Block 5 einführt, kann der Träger bei einem Satellit dieser Klasse auf der Hochseeplattform Landen.

Merlin SpaceX Raketen Triebwerk

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Das Merlin Raketentriebwerk treibt die Falcon Raketen von SpaceX an. Dazu gehören die Falcon 1, die Falcon 9 und demnächst auch die Falcon Heavy. Als Treibstoff benutzen sie RP1, was eine Form von Kerosin ist, und Sauerstoff. Über die Zeit wurde das Triebwerk immer weiterentwickelt. Für die Einspritzung des Raketentreibstoffs wählte man eine ältere Technologie, dem Pintel Injektor.

Pintle Injektor Einspritzer

RP-1 in Rot, Sauerstoff in Blau Quelle: Marianoberna

Dieses Verfahren wurde erstmals bei den Lande Triebwerk, des Apollo Lande Modul eingesetzt. SpaceX nutzt ein Schub Vektor Control System, zur Steuerung seiner Raketen. Dabei werden 3 Computer in jeder Steuer Einheit genutzt. Im Oktober 2014 baute SpaceX sein hundertstes Merlin 1D Triebwerk. Bis heute wurden 250 Merlin 1D Triebwerke beim Start verwendet. Dabei kam es zu keinem Versagen eines Merlin 1D.

Eine Falcon 9 besitzt 9 Merlin Triebwerken in der ersten Stufe

Die erste Version das Merlin 1A, war ein Raketentriebwerk mit 340 kN Schub in Bodennähe, dass noch relative einfach aufgebaut wahr. Die Kühlung erfolgte Ablativ, dass heißt auf dem Triebwerk war eine Schicht aufgetragen, die bei einer hohen Temperatur verdampft, und das Triebwerk so kühlt. Die Turbopumpe drehte mit 20.000 Umdrehungen pro Minute. Das Triebwerk hatte noch ein höheres Gesamtgewicht von 760 Kg.
Dieses Triebwerk wurde bei den beiden ersten Flügen der Falcon 1 eingesetzt

Die zweite Version, das Merlin 1B war eine Weiterentwicklung des Merlin 1A. Es hatte eine Modifizierte Turbopumpe. Die Turbopumpe hatte eine gesteigerte Geschwindigkeit auf 22.000 Umdrehungen pro Minute. Dadurch besaß es einen gesteigerten Schub auf 380 kN in Bodenhöhe. Dieses Triebwerk wurde nie eingesetzt.

Die dritte Version, das Merlin 1C wurde erneut weiterentwickelt. Es benutzte keine Appellative, sondern stattdessen eine regenerative Kühlung. Durch diese gesteigerte Kühlleistung konnte der gesamte Schub des Triebwerks auf 420 kN gesteigert werden. Das Gewicht konnte gleichzeitig auf 460 Kg reduziert werden.
Der erste Einsatz erfolgte 2008 beim dritten Flug der Falcon 1. Durch ein geändertes verhalten beim Abschalten, schlug der Flug fehl. Beim 4. Einsatz der Falcon 1 erreichte dann die erste Privat finanzierte Rakete mit Flüssigtreibstoff den Erdorbit.

Die fierte Version, das Merlin 1D wurde im Schub auf 650 kN gesteigert. Dies wurde über einen gesteigerten Brennkammerdruck erreicht. Eine Drosselung war am Anfang auf bis zu 70% Der Nominalen Triebwerksleistung möglich. Später wurde eine Drosselung auf 39% oder auf bis zu 360 kN erreicht. Nach diesem Angaben, die von Tom Mueller so gemacht wurden, besitzt das Merlin 1D ein Schub zu Gewicht Verhältnis von 158. Unter der Voraussicht das der Schub des Merlin 1D nochmal auf 825 kN gesteigert werden könne würde das Schub zu Gewicht Verhältnis auf 180 ansteigen. Dieses Merlin 1D v.2 soll in der Falcon 9 Block 5 eingesetzt werden, der finalen Version der Falcon 9. Das erreichte Schub zu Gewicht Verhältnis ist das höchste in dieser Klasse von Raketentriebwerken.
Der erste Flug erfolgte 2013 mit einer Falcon 9. Diese Rakete startete den Cassiope Satelliten für die Kanadische Weltraum Agentur in einen Polaren Niedrigen Erdorbit.

Das Merlin Triebwerk ist mittlerweile ein sehr effizientes Triebwerk. Bei seiner Entwicklung wurde auch eine mögliche Wiederverwendung des Triebwerks angedacht. Deshalb wurde es sehr stabil ausgelegt. Da SpaceX bereits einige Falcon 9 Erststufen erfolgreich gelandet hat, konnten die Triebwerke nach ihrem Einsatz untersucht werden. Dabei wurden Micro Risse entdeckt. SpaceX will in Zukunft ein Verfahren entwickeln, dass die Mikrorisse zukünftig ausschließen. Eine erste Wiederverwendung von 9 Merlin 1D Triebwerke ist beim Start zusammen mit der Erststufe einer Falcon 9 mit dem Satelliten SES-10 geplant. Dieser Start soll Ende März 2017 erfolgen.

Electron: Private Raumfahrt aus Neuseeland

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Die Electron Rakete ist ein Produkt der Raumfahrtfirma Rocket Lab Ltd. Dieser Kleinträger soll eine kleine Nutzlast von 150 kg auf einen 500 km hohen sonnensyncronen Orbit befördern können. Der Träger wiegt beim Start 10500 Kg, ist 12 Meter hoch und hat einen Durchmesser von 1,2 Meter. Ein Start der Electron Rakete kostet 4,9 Millionen US-Dollar. Die Electron Rakete soll jedoch auch Cubesats Starten. Der Start eines 1U Cubesat kostet 77.000 US-Dollar. Ein Start für einem 3U Cubesat soll 240.000 US-Dollar Kosten.

Die Electron Rakete wird in der ersten Stufe 9 Rutherford Raketentriebwerke einsetzen. Diese Triebwerke erzeugen jeweils 18 kN Schub beim Start. Die erste Stufe erzeugt 172 kN Schub beim Start. Dadurch hat sie schon beim Start ein Schub zu Gewicht Verhältnis von etwa 1,5. Also gehört sie zu den am stärksten beschleunigenden Raketen, beim Start, die mit flüssigen Treibstoff arbeiten.

Die zweite Stufe setzt ein für die Bedingungen im Vakuum optimierte Version des Rutherford Raketentriebwerk ein. Dabei wurde die Düse Verlängert. Diese Vakuum Version des Triebwerks produziert einen Schub von 22 kN. Dieses Verhältnis von 9 Triebwerken in der ersten Stufe, sowie ein Triebwerk in der zweiten Stufe gibt es bereits, bei der Falcon 9 von SpaceX. Die Triebwerke werden mit flüssigen Sauerstoff, sowie mit RP-1 betrieben. RP-1 steht für Rocket Propellant 1 und ist  ein kerosinähnliches Treibstoffgemisch, das in den USA entwickelt wurde. Das Triebwerk wurde nach dem Neu Neuseeländischen Wissenschaftler Ernest Rutherford. Das Triebwerk hat die Besonderheit, dass die Treibstoffpumpen elektrisch angetrieben werden. Für jede der beiden Treibstoffkomponenten gibt es jeweils ein Elektrisches Pumpensystem. Diese Pumpen arbeiten mit 40.000 Umdrehungen pro Minute, bei 37 kW Leistung.

Mahia launch site Quelle: Rocket Lab Ltd.

Die ersten Start soll von Mahia von der Südinsel Neuseelands durchgeführt werden. Später ist auch eine Startrampe in den USA, in Florida geplant. Die Startrampe ist grundsätzlich bereit, für einen Start alle drei Tage.

Rocket Lab möchte eine Startrate von einem Start pro Woche oder mehr erreichen. Die wichtigsten Teile der Triebwerke werden im 3D-Druck Verfahren hergestellt. Dazu gehören die Brennkammer, die Treibstoffeinspritzung, die Treibstoffpumpen und die Hauptventile zur Steuerung des Treibstoffflusses. Dabei wird Metall Schicht für Schicht als Pulver aufgetragen und mit einem Laser zu einem Massiven Objekt verschmolzen.  Dies soll zusammen mit der Massenproduktion des Trägers, die Kosten niedrig halten. Der Erststart der Electron Rakete ist derzeit für den 28. Februar 2017 geplant.